香炉山钨矿西部矿床采矿方法选择研究

兰晓平，欧任泽

(1.江西省修水香炉山钨业有限责任公司， 江西 九江市 332400；2.长沙矿山研究院有限责任公司， 湖南 长沙 410012)

江西香炉山钨矿位于江西省九江地区修水县港口镇，是我国大型白钨矿床，具有矿床储量大、矿石品位高、矿体厚度大等优点；同时具有矿体及顶底板围岩稳固、分布范围广、连续性好、矿床含水率低、工程地质和水文地质条件简单、开采技术条件好的特点。

本研究为西部矿区开采，矿区以缓倾斜中厚矿体为主，这类矿体一直是国内外采矿的难题[1]。根据对国内缓倾斜中厚矿体矿山的统计，房柱采矿法占50%，底盘漏斗采矿法占35%，其余的主要为分层充填法和电耙留矿法[2]。而国外这类矿体则主要采用房柱法，充填法以及爆力运矿采矿法[3]。

1 开采技术条件

西部采区在16～24线之间，走向长约400 m，主要赋存标高457～606 m，为缓倾斜中厚白钨矿体，产状与香炉山倾伏背斜一致。走向上矿体北东扬起，西南倾伏，倾伏角10°～25°左右。西部完整矿体范围内16～24线间矿体厚度变化大，最大约46 m，倾角15°～45°。绝大部分矿体赋存高于当地最低侵蚀基准面，地表无湖泊、河流，矿床充水来源以大气降水为主。矿床水文地质简单，含水性弱，岩溶不发育。

矿、岩物理力学性质[4]：矿石类型以原生矿为主，矿体中裂隙断层一般不发育，矿石稳固性好，f>12，密度为3.16 t/m3，平均松散系数为1.6，矿石具有不结块、不自燃的性质。

矿石结构主要有熔蚀结构、粒状结构、填隙结构、固熔体结构、共生边结构；矿石构造以浸染—条纹条带状构造为主，其次为显微脉状构造，不规则团块状构造。

矿床顶板岩层为寒武系中统杨柳岗组，构造以薄层夹中厚层构造与条带条纹构造为主。顶板岩层已蚀变为钙硅角岩，岩石坚硬致密，岩心以柱状为主，属坚固岩层。矿山在生产过程中施工了数万米巷道，未出现坍塌掉块等不良工程地质现象；矿床底板为云英岩化和硅化形成的细粒黑云母花岗岩，岩石坚固呈块状，取样岩芯以长柱状为主，围岩与矿体界面明显。

矿体开采范围地表有村舍、农田、庙宇等需要保护，地表不允许塌陷。

2 采矿方法选择

2.1 采矿方法选择原则

考虑矿山开采实际及要求，西部矿体开采方案选择的原则有[5]：

(1)以采场安全为前提条件；

(2)地表道观建筑群不受破坏，地表不能塌陷；

(3)采矿方法尽量利用矿山现有采准工程及采掘设备，以减少投资；

(4)采准工程量少，采矿准备时间短，投产、达产快；

(5)要求采矿方法适应性好，充分回收矿石资源，矿石回收率达到87%、矿石贫化率≤5%；

(6)尽可能减少投资，降低采矿成本，以保证矿山获得较好的投资和经济效益；

(7)采矿工艺成熟可靠，安全可靠，风险小，易于掌握使用。

2.2 可供选择的采矿方法

根据矿山开采技术条件结合国内外相似矿山的成功开采经验，针对不同赋存情况的矿体选择相应合适的采矿方法进行回采[6]。可采用的采矿方法有：浅孔留矿空场嗣后充填采矿法、浅孔留矿(底盘漏斗式)嗣后充填采矿法、预切顶中深孔分层崩矿采矿法。

2.2.1 浅孔留矿空场嗣后充填采矿法

浅孔留矿空场嗣后充填采矿法见图1，采场沿矿体走向、伪倾斜矿体长轴方向布置，采场长50～130 m，采场宽12 m，高为矿体厚度。

矿块的回采自下而上分层进行，根据矿体厚度每次落矿1～3个分层，每分层落矿高度为3～3.5 m，作业过程中各工序配合紧凑，每一分层工序依次为：凿岩→爆破→通风→排险→支护→出矿等工作。以切割巷为自由面、切割横巷为凿岩工作面，向采场两侧推进，矿体厚度方向3～3.5 m一次推进或形成规整的“悬臂梁”。

凿岩采用YT-27钻凿水平或微倾斜浅炮孔，孔深4～5 m，孔间距0.8～1.0 m，排距0.8～1.0 m，最小抵抗线为0.7～0.8 m，爆破采用2#岩石乳化炸药，人工装药，毫秒微差导爆管雷管起爆。落矿采用控制爆破技术，周边炮孔采用空气间隔不耦合装药，顶板采用光面爆破技术。

在矿岩接触带，特别是炭质蚀变带，采取管缝式锚杆护顶；稍差的地段可加挂金属网或喷射混凝土联合护顶方式。特别破碎地段采取长锚索、砂浆锚杆、加挂金属网或喷射混凝土联合护顶方式。

采场出矿使用TCY-2型2m3铲运机装矿，运矿卡车运输至井下矿仓。采场回采完毕后即可对采空区进行充填，采用全尾砂胶结充填，充填料从充填回风井管道自流输送至采场。充填严格要求接顶，且充填体强度要求达到1～2 MPa以上。

图1 浅孔留矿空场嗣后充填采矿法

2.2.2 浅孔留矿(底盘漏斗式)嗣后充填采矿法

浅孔留矿(底盘漏斗式)嗣后充填采矿法见图2，沿矿体走向划分盘区，盘区宽为100 m，盘区间柱宽为15 m，分多步骤回采。矿房长为85 m，宽为8～12 m，高为矿体厚度。第一步骤用浅孔留矿法回采，放出全部崩落矿石后，一次性充填；第二、第三步骤可采用中深孔空场嗣后充填采矿法。

2.2.3 预切顶中深孔分层崩矿采矿法

图2浅孔留矿(底盘漏斗式)嗣后充填采矿法

预切顶中深孔分层崩矿采矿法见图3，采场垂直矿体走向布置，采场长100 m，宽15～20 m，高为矿体高度，盘区之间留10～15 m宽的隔离矿柱。

采场采准工程结束后，即可开绐切顶施工。切顶层的平均厚度2.2 m，切顶层的顶板紧贴矿体顶板边界线。切顶施工采取浅眼切顶方式，以切顶横巷为自由面，由采场切顶横巷向采场两侧推进。

切采作业结束后，应对顶板进行撬松石和修整顶板，为采场房采爆破提供初始补偿空间；然后使用YGZ-90中深孔钻机(配TJ25钻架)，在凿岩出矿巷道内凿上向垂直扇形中深孔。钻头直径(Φ)60～65 mm，炮孔长不大于16 m，孔底距1.8～2.5 m，排距1.2～1.5 m(经试验后再确定)。采用粉状硝铵或铵油炸药，BQ-100型风动装药器装药，采用孔底复式起爆方式，非电系统爆破。

TCY-2型2 m3铲运机装矿，运矿卡车运输至地表。

矿房回采后，应对采空区采取嗣后尾砂胶结充填；矿柱回采所形成的采空区，视情况采取尾砂胶结充填或全尾砂充填，也可以采用全尾砂与部分掘进废石充填。

图3 预切顶中深孔分层崩矿采矿法

2.3 采矿方法评述

2.3.1 采矿方法技术经济分析

通过对浅孔留矿空场嗣后充填采矿法、浅孔留矿(漏斗放矿)嗣后充填采矿法、预切顶中深孔分层崩矿采矿法进行经济分析，各采矿方法技术经济指标比较表1。

2.3.2 采矿方法综合分析

表1 各采矿方法术经济比较表

浅孔留矿空场嗣后充填采矿法回采厚度小于10 m的矿体，采切工程量小，效率较高，安全性好，且能有效控制损失贫化率，严格管理损失贫化率可控制在5%以内。回采二步骤采场时，由于采场两边均为充填体，安全性稍差，贫化率比一步骤回采大。

预切顶中深孔分层崩矿采矿法适合于矿岩稳固，连续性好的缓倾斜矿段，矿体倾角小于15°，矿体厚度10～15 m的矿体，采用单层凿岩；矿体厚度大于15 m时采用双层凿岩。该采矿方法不需留设顶、底柱，矿石损失贫化率均在10%以下。由于提前进行切顶与护顶，护顶效果好，生产施工安全，生产能力较大。由于该方法采用中深孔凿岩、爆破，一次爆破药量大，对东部采空区造成影响，因此应在东部采空区进行处理之后再采用。

浅孔留矿(漏斗放矿)嗣后充填采矿法适合矿体厚度大于20 m的矿段，该方法采空区暴露面积小，顶板易于管理，作业安全性好，但是底部结构工程量大，采准工程量较大。

3 结 论

(1) 综上所述，针对香炉山钨矿西部矿体的具体赋存情况，矿体厚度小于10 m的矿段采用浅孔留矿嗣后充填采矿法；倾角小于15°，矿体厚度10～20 m的矿体，采用预切顶中深孔分层崩矿采矿法，矿体厚度10～15 m时采用单层凿岩，矿体厚度大于15 m时采用双层凿岩；矿体厚度大于20 m的矿体采用浅孔留矿(漏斗放矿)嗣后充填采矿法。

(2) 通过对各方案的技术经济指标及优缺点的分析，对指导矿山生产具有指导意义。

参考文献：

[1]黄胜生. 国内外缓倾斜中厚矿体采矿方法现状[J]. 矿业研究与开发，2001，21(4): 21-24.

[2]尹升华，吴爱祥. 缓倾斜中厚矿体采矿方法现状及发展趋势 [J]. 金属矿山，2007(12): 10-13.

[3]胡际平. 国外缓倾中厚矿体采矿方法的新发展[J]. 化工矿山技术,1989,18(1):7-10.

[4]李 春. 香炉山钨矿中深孔爆破参数优化研究[J]. 中国钨业, 2012, 27(4): 11-15.

[5]长沙矿山研究院·“香炉山钨矿安全开采关键技术研究”报告[R]. 长沙:长沙矿山研究院有限责任公司, 2013.

[6]于润沧. 采矿工程师手册[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2009.